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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
bei Messungen mit dem Triaxialverfahren
Workshop EMV Messtechnik
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Inhalt
EMV Einführung Begriffe und Definitionen, Systemtests, Übersicht
Triaxialverfahren Kopplungswiderstand, Schirmdämpfung und
Kopplungsdämpfung mit dem Triaxialverfahren Neuerungen der IEC 62153-4- Serie Messdynamik
Grundrauschen, ZF-Bandbreite Mustervorbereitung
text
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
EMV, Definition
„Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu
funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.“
Was bedeutet der Begriff “EMV“
(Elektromagnetische Verträglichkeit) ?
Definition nach VDE 0870:
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Beispiel: Übertragungssystem
Schirm-gehäuse
Geschirmtes Kabel
Elektronische Baugruppe
Sender Empfänger
Steck-verbinder
Durch-führungen
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Störaussendung / Störeinstrahlung
Eigenes System
Störaussendung Störeinstrahlung
EmpfängerSender
Beeinflussung fremder Systeme
Beeinflussung des eigenen
Systems
Fremdsystem
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Sicherstellung der EMV
EMV-gerechtes Design EMV-Tests
Reduzierung der
Störungsanregung
Filterung
Schirmung
Emissionen / Immunität
auf Systemebene
auf Komponentenebene
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Beispiele für EMV-Tests auf Systemebene
Emissionsprüfungen
(Störaussendung)
Immunitätsprüfungen
(Störfestigkeit)
z.B. CISPR 25
- Antenne
- Stripline
...
z.B. ISO 11452
- Antenne
- Bulk Current Injection
- Stripline
...
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8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Emmisionsmessung mit Antenne
Stab Antenne < 30MHz
Bikonische Antenne
30-200MHz
Prüfling
Kabelbaum
Absorber-raum
Messempfänger Log per. Ant 200-1000MHz
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Emissionsmessung mit Antenne
Spitzenwert-Messung (PEAK):
rote Kurve (blaues Limit)
Messung nach CISPR 25
Breitbandmessung erfordert Antennenwechsel
Mittelwert-Messung (AVERAGE):
blaue Kurve (rotes Limit)
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Stripline-Test
SenderEmpfänger
Grund-platte
Stripline
Abschluss-widerstand
Mess-empfänger
Dielektrische Stütze
Kabelbaum
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Emissionsmessung mit Stripline
Spitzenwert-Messung (PEAK):
schwarze Kurve (rotes Limit)
Messung nach CISPR 25
Stripline im Absorberraum
Schirmkabine reicht aus
Mittelwert-Messung (AVERAGE):
grüne Kurve (blaues Limit)
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Immunitätsprüfungen
Der Prüfling wird einem EM-Feld mit bekannter Feldstärke ausgesetzt:
- z.B. ISO 11452-2: Antenne
- z.B. ISO 11452-5: Stripline
Einprägen eines Störstromes bekannter Stärke:
- z.B. ISO 11452-4: Bulk Current Injection
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Bulk Current Injection Test
Geschirmter Messraum
Prüfling
Kabelbaum
HF- Generator
Injektions-zange
Messzange
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Zusammenfassung EMV-Systemtest
Geschirmte Kammer bzw. Absorberraum
Ergebnisse abhängig vom Messaufbau
Funktionierende Systeme erforderlich
Hoher Aufwand
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Was tun wenn die Limits überschritten werden?
Messung der Einzelkomponenten des Systems ! ! !
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Funktionsschema der Komponententests
Stör Quelle
Kopplungs-pfad
Stör Senke
Transmissions-faktor
Standardisierte Umgebung
Standardisierte Umgebung
Generator
z.B. NWA Port1
Kopplungs-widerstand,
Schirm-dämpfung
Empfänger
z.B. NWA Port2
Beeinflussungs-modell
Überführung
Testaufbau
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Komponententest mit Kopplungsmessrohr
Kabel Steckverbinder Durchführungen
CoMeT
Coupling Measuring Tube
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Mess-System CoMeT
Test set-up CoMeT
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verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
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Messen mit dem Triaxial-Verfahren, Prinzip
Sender zu prüfenderSchirm
Meßrohr Abschlußwiderstand
Empfänger
Abschirmhülse
DC bis über 12 GHz mit einem Messaufbau
IEC 62153-4-3/-4-4/-4-7 Kopplungswiderstand & Schirmdämpfung, Triaxialverfahren DIN EN 50289-1-6, Kommunikationskabel, Elektromagnetisches Verhalten
Kopplungswiderstand & Schirmdämpfung
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as/[
dB]
ZT
/[m
Ohm
/m
Schirmdämpfung
Kopplungswiderstand
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Änderungen der IEC 62153-4-3, Kopplungswiderstand
Generator zu prüfender Schirm
Messrohr Abschlusswiderstand R1
Empfänger
Schirmhülse
Impedanzwandler Vorwiderstand R2
Sender zu prüfender Schirm
Messrohr Abschlußwiderstand R1
Empfänger
Abschirmhülse
mögliche Fehlanpassung
Empfänger zu prüfender Schirm
Messrohr Kurzschluss
Sender
Abschirmhülse
mögliche Fehlanpassung
Verfahren C: (Fehlangepasst)-Kurzschluss- Kurzschluss ohne Dämpfungswiderstand
Verfahren A: Angepasster innerer Kreis mit Dämpfungswiderstand R2
Verfahren B: Innerer Kreis mit Abschlusswiderstand und äußerer Kreis ohne R2
20
log10
c0
201T
010padcalmeas
10
CUTZ
Zaaa
LZ
RZRZ
20
c
01T
calmeas
102
aa
L
ZRZ
20
c
0T
calmeas
102
aa
L
ZZ
matched – matched – short
mismatched – matched – short
mismatched – short – short
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Änderungen der IEC 62153-4-4, Schirmdämpfung
Innerer Kreis mit Abschlusswiderstand R1 = Z1 und äußerer Kreis ohne Dämpfungswiderstand
1
S
max2,
110
maxr,
110
2log10log10s Z
Z
P
P
P
Pa
1
102
102110300
log101log10log20Z
rSEnv
Der Term |1 - r2| stellt hier die Reflexionsdämpfung durch die Fehlanpassung zwischen Generator und Prüfling dar. Bei einer
Fehlanpassung von 50 Ohm Generatorwiderstand auf z.B. 10 Ohm Wellenwiderstand des Prüflings ergibt sich damit ein Korrekturwert
von ca. 2,5 dB !
r
10
10
ZZZZ
r
50 10
Reflexions koeffizient
Sender zu prüfender Schirm
Messrohr Abschlußwiderstand R1
Empfänger
Abschirmhülse
mögliche Fehlanpassung
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max. Empfindlichkeit des CoMeT Systems
Verstärker
Empfänger-eingang
Sender -ausgang Splitter
Triaxial tube
+30dBm
50-75 Konverter
-122dBm
-100dBm
+25dBm
-6dB -4dB
+30dB
-6dB +20dBm
+10dBm
0dBm
-10dBm
-20dBm
-30dBm
-40dBm
-50dBm
-60dBm
-70dBm
-80dBm
-90dBm
-100dBm
-110dBm
-120dBm
-130dBm
-140dBm
Messdynamik = 131dB
+9dBm
dBHz
BdBSNFdBmL ZF
FR
log10)log(10174
LR Grundrauschen (noise level) der Empfängerseite des Mess-Systems in dBm
NF Rauschzahl des Vorverstärkers des NWA in dB
BZF Bandbreite des Empfängers in Hz
SF Formfaktor ≥ 1, Verhältnis von Rauschbandbreite zu 3 dB Bandbreite des ZF-Filters, [5]
dBm
dB(mW)
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8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
ZF-Bandbreite & Generatorleistung
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Bernhard Mund, bedea, [email protected], Thomas Schmid, Rosenberger Hochfrequenztechnik, [email protected] 26
Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Triaxialer Aufbau für Stecker mit “Rohr im Rohr“
Messrohr
Steckverbinder
HF-dichteVerlängerung
Anschluss-Kabel
Schirmhülse
Generator
zu prüfender Stecker
Empfänger
„Rohr im Rohr“-Verfahren IEC 62153-4-7, Kopplungswiderstand, Schirmdämpfung und Kopplungsdämpfung von Steckern und Assemblies
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Messen von konfektionierten Kabeln
Rohr zu prüfendes assenbly
HF-dichtes Verlängerungsrohr
Anschlusskabel
Schirmhülse
Generator
Stecker-Anschluss
Empfänger
IEC 62153-4-7,“Rohr im Rohr“ -Verfahren (Stecker & konfektionierte Kabel)
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Bernhard Mund, bedea, [email protected], Thomas Schmid, Rosenberger Hochfrequenztechnik, [email protected] 28
Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Allgemeine Messprobleme bei Steckern
Kopplungswiderstände addieren sich !
Anschlusskabel
Kuppler Messvorrichtung
zu prüfender Stecker
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
8. Anwenderkongress Steckverbinder, Vogel-Verlag, Würzburg, Juli 2014
Empfänger Anschlusskabel mit IEC 61169-2 –Stecker/Kuppler
Schlecht geschirmte Empfängeranschlusskabel nach IEC/EN 60966-2-4 mit IEC 61169-2 – Steckernverursachen ca. 70 % der Störungen in CATV Anlagen.
Zur Messung von ZT und as sind entsprechende Adapter erforderlich.
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Mess-Adapter, IEC 61169-2 - Stecker
Mess-Adapter aus IEC 61169-2 - Steckerund IEC 61169-2 - Kuppler
jeweils mit F- Kuppler (Gewinde)mit “Rohr in Rohr“-Verfahren
Der Mess-Adapter bestimmtdie Grenze
der Messempfindlichkeit
Die eingesetzten Mess-Adapter müssen im Messprotokoll
angegeben werden.
Der Abstand von der Kurve der Adapter sollte min. 10 dB betragen (es gelten nur die
max-Werte !!)
Schirmungsklasse A
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Messen von Anschlusskabeln ohne Adapter
Das konfektionierte Kabel wird durchgeschnitten, die paarigen Stecker zusammengesteckt und dann wie ein Koaxialkabel gemessen.
Schirmungsklasse A
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verschiedene Triaxiale Zellen des CoMeT Systems
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Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr, Prinzip
IEC 62153-4-15, Kopplungswiderstand und Schirmdämpfung mit Triaxialer Zelle
Empfänger Prüfling Generator
Rohr in Rohr
Anschluss- Kabel
Messkopf mit Schirmhülse
Gehäuse bzw. Triaxiale Zelle
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Prinzip der Triaxialen Zelle mit “Rohr in Rohr“
IEC 62153-4-7,“Tube in tube“ - procedure (Connectors and assemblies) with „Triaxial Cell“ is under consideration at IEC TC 46/WG 5
EmpfängerRohr
Prüfling
Generator
Rohr in Rohr Anschluss-Kabel
Messkopf mitSchirmhülse
Gehäuse
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Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität
a = 13.6 cm, b = 13.6 cm, c = 9.9 cm
Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm
222
0
2
c
P
b
N
a
Mcfmnp
Resonanzfrequenzen:
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Messergebnisse Rohr und Triaxiale Zelle
Results from Prof. Münzner et al, University of Ulm
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Resonanzen bzw. höhere Moden der Kavität
222
0
2
c
P
b
N
a
Mcfmnp
Resonanzfrequenzen:
m, n, p: Modenzahlen (ganzzahlig, 2 von 3 >0), a, b, c: Abmessungen der Hohlraums
750-er Zelle 1000/300-er Zelle 1000/150-er Zelle
a b c a b c a b c
750 250 250 1000 300 300 1000 150 150
m n p f/GHz m n p f/GHz m n p f/GHz
1 1 1 0,87 1 1 1 0,72 1 1 1 1,41
1 2 0 1,22 1 2 0 1,01 1 2 0 2,00
0 2 1 1,34 0 2 1 1,12 0 2 1 2,24
1 2 1 1,36 1 2 1 1,13 1 2 1 2,24
2 2 0 1,26 2 2 0 1,04 2 2 0 2,00
0 1 2 1,34 0 1 2 1,12 0 1 2 2,24
1 1 2 1,36 1 1 2 1,13 1 1 2 2,24
2 2 1 1,40 2 2 1 1,16 2 2 1 2,24
0 2 2 1,70 0 2 2 1,41 0 2 2 2,83
1 2 2 1,71 1 2 2 1,42 1 2 2 2,83
2 3 0 1,84 2 3 0 1,53 2 3 0 3,00
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------- CoMeT 40------- Triaxiale Zelle 1000
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CATV –Abzweiger
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Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr und Schiebewand
Generator Prüfling Empfänger
Rohr im Rohr
Verbindungs-kabel
Messkopf mit Schirmhülse
Schiebewand
Gehäusee
Kopplungswiderstand von HV-Steckern mit Triaxialer Zelle mit SchiebewandForumsvortrag von Thomas Schmid, Fa. Rosenberger am Do., 13. März 11.20 Uhr
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Triaxiale Zelle mit Rohr im Rohr und Schiebewand
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Langzeitverhalten von foliengeschirmten Kabeln
------- sample without bending test ------- after 4 days storage in the tube without any change
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Workshop: Messgenauigkeit & Reproduzierbarkeit
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Long term behaviour of foil braid screen
------- sample without bending test ------- after 4 days storage in the tube without any change
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Cable bending test acc. to EN 50117-2-x / EN 50289
Cable bending test according to EN 50117-2-x / EN 50289
Bending test will be enhanced acc. to the proposal of Prof. Schwarzenau in the next Editions. of EN 50117 series
EN 50117-2-1 to -2-5 and -4-1
Transfer impedance Screening Class A: 5 m/m from
5 MHz to 30 MHz;Screening Class B: 15 m/m from
5 MHz to 30 MHz.
Test procedure according to EN 50289-1-6, triaxial method, after completion of the flexure test according to 5.2.9 of this standard.
Screening attenuation Screening Class A: 85 dB from
30 MHz to 1 000 MHz;Screening Class B: 75 dB from
30 MHz to 1 000 MHz;
Test procedure according to EN 50289-1-6, triaxial method,
after completion of the flexure test according to 5.2.9 of this standard.
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Long term behaviour after bending test
------- sample after bending test ------- after 4 days storage ------- after 7 days storage in the tube
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Messen der Kopplungsdämpfung
Die Kopplungsdämpfung ist die Summe aus Unsymmetriedämpfung des Paares und der Schirmdämpfung des Schirmes
Generator
Prüfling Messrohr symmetrisch/asymmetrischerAbschluss
EmpfängerSymmetrieübertrager
Schirmhülse
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Messen der Kopplungsdämpfung
geschirmte symmetrische Kabel, Datenkabel, mehradrige Kabel
Die Kopplungsdämpfung ist die Summe aus Unsymmetriedämpfung des Paares und der Schirmdämpfung des Schirmes
IEC 62153-4-9, Kopplungsdämpfung, Triaxialverfahren, Verfahren mit 2 Generatoren in Beratung
generator
ferrite-absorber
remaining cable length, appr. 100 m
matching load
receiver
tube with open test head
screen under test
generator
housing
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Internationale Normen für Triaxialverfahren, (CoMeT)
IEC TR 62153-4-1 Introduction to EMC measurements 2007-11IEC 62153-4-3 Surface transfer impedance - Triaxial method 2006-03IEC 62153-4-4 Shielded screening attenuation, test method for measuring of
the screening attenuation "as" up to and above 3 GHz
2006-05
IEC 62153-4-7 Shielded screening attenuation, test method for measuring the
Transfer impedance ZT and the screening attenuation aS of
RF-Connectors up to and above 3 GHz; Tube in Tube method
2006-04
IEC 62153-4-9 Coupling attenuation, triaxial method 2008-03IEC 62153-4-10 Shielded screening attenuation test method for measuring the
Screening Effectiveness of Feedtroughs and Electromagnetic Gaskets
2009-05
IEC 62153-4-15 Test method for measuring transfer impedance and screening attenuation – or coupling attenuation with Triaxial Cell
46/454/CD
2013-02EN 50289-1-6 Communication cables - Specifications for test methods Part
1-6: Electrical test methods -Electromagnetic performance (includes IEC 62153-4-3 and IEC 62153-4-3)
2002
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Literatur
[1] Bernhard Mund, Thomas Schmid: EMC of HV cables and components with Triaxial Cell, Wire & Cable Technology International/January & March 2012
[2] Bernhard Mund, Thomas Schmid: Messen der Schirmdämpfung von Steckverbindern, Kabeldurchführungen und EMV-Dichtungen, 3. Anwenderkongress Steckverbinder 2009,Vogel Verlag, Würzburg
[3] Bernhard Mund: EMC of Cables & Connectors & Test methods, EMC Zurich 2007[4] Bernhard Mund: Measuring the EMC on RF-connectors and connecting hardware, Tube in tube test
procedure, IWCS (International wire & cable symposium) 2004, Philadelphia
[5] Thomas Hähner und Bernhard Mund: Measurement of the screening effectiveness of connectors & cable assemblies: International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 2002
[6] Thomas Hähner und Bernhard Mund: Background, content and future of the EMC measurement standard prEN 50289-1-6, Open / shielded test methods, International Wroclaw Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC 2000
[7] Otto Breitenbach, Thomas Hähner und Bernhard Mund: Kabelschirmung im Frequenzbereich von MHz bis GHz, erweiterte Anwendung eines einfachen Meßverfahrens, Frequenz 1-2/1999 S. 18-28.
[8] Lauri Halme, Rauno Kytönen, "Background and introduction to EM screening (shielding) behaviours and measurements of coaxial and symmetrical cables, cable assemblies and connectors", IEE Colloquium on screening effectiveness measurements, Savoy Place London, 6 May 1998
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Steuer- & Auswerte-Software WinCoMeT
- Steuerung des Netzwerkanalysators
- Auswertung der Messergebnisse- Dokumentation
- Vollversion zur Messung der
Übertragungs-parametern von
Kommunikationskabeln- einschliesslich
FFT und Gating-Funktion
- Export der Daten nach MS-Excel
- Ausgabe auf Drucker
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Autoren
Bernhard Mund, bedea Berkenhoff&Drebes GmbH Rundfunk&Fernsehtechniker, Radio Brand Marburg, 1971 Dipl.-Ing. Nachrichten- & Mikroprozessortechnik, FH Giessen, 1984 Leiter Entwicklung Kabel sowie HF- & EMV-Messungen, Obmann des UK 412.3, Koaxialkabel, Sekretär des IEC SC 46A und CENELEC SC 46XA Coaxial cable
Thomas Schmid, Rosenberger HF-Technik, Tittmoning Fernmeldehandwerker, Deutsche Bundespost; Traunstein 1988 Dipl.-Ing. (FH) Nachrichtentechnik, Fachhochschule München 1995 Entwicklung von HF-Steckern und Komponenten, HF-& EMV-Messtechn. Mitarbeiter UK 412.3, Koaxialkabel Mitarbeiter IEC TC 46 WG 5 Screening eff. & WG 6 Intermodulation
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Danke fürs Zuhören
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